Les Marégraphes côtiers numériques
   Technologie et types d'installations

Principe de fonctionnement

Depuis 1992, le SHOM a décidé de placer sur les côtes françaises un réseau de marégraphes numériques permanents, appelés MCN (marégraphes côtiers numériques).

Le MCN est équipé d'un télémètre. Ce télémètre, placé au-dessus de la surface de l'eau, peut être un transducteur à ultrasons ou un télémètre à ondes électromagnétiques (radar). Le télémètre émet un court train d'impulsions et détecte le signal réfléchi. Le temps écoulé entre l'émission et la réception du signal est traduit en hauteur d'eau comme suit :

hm = H - ½ c Dt

hm : hauteur d'eau due à la marée.
H : cote en m du transducteur au-dessus du zéro hydrographique.
c : célérité acoustique dans l'air en m / s.
D t : intervalle de temps en s.

Le Schéma de l'observatoire de Brest-Penfeld illustre ce principe.

Le télémètre est placé dans un puits ou un tube de tranquillisation permettant de filtrer mécaniquement la houle (période moyenne 5 à 8 s) et le clapot extérieurs (période 2 à 5s). Le puits (ou tube) de tranquillisation sert par ailleurs de guide d'onde et empêche l'onde ultrasonore d'être perturbée par les flux d'air (vent). Globalement un transducteur à ultrasons perd 50% de sa portée hors puits ou conduit.

Le MCN enregistre une mesure périodiquement. Cette mesure est une moyenne effectuée sur une série continue de mesures réalisées durant une période fixée par l'opérateur, appelée période d'intégration.

Afin de filtrer numériquement la houle et le clapot résiduels, les mesures enregistrées sont intégrées sur une période de temps en général de 2 minutes avec une cadence de mesure de 10 minutes.

Les données acquises sont retransmises régulièrement par modem, via le réseau téléphonique, au SHOM.

La fiabilité à long terme des Marégraphes Côtiers Numériques est garantie par l'absence de toute pièce mobile, la diminution des interventions humaines, sources d'erreurs et par l'installation du capteur hors de l'eau, ce qui supprime les risques de chalutage, de corrosion, etc.

Le télémètre de mesure

La technique employée par les MCN est basée sur la mesure du tirant d'air soit par ultrasons, soit par ondes électro-magnétiques (RADAR).

Le transducteur ultrasonore

Le transducteur ultrasonore émet dans l'air à 41,5 kHz pour un angle d'émission de 5° à -3 db et une portée de 0,6 à 15 mètres. Le câble standard reliant le capteur à la centrale d'acquisition est de 15m mais il peut être rallongé en cas de problème de déportation pour l'installation de la centrale. La portée s'entend avec une réflexion sur un liquide au repos, en plein air il faut prévoir une réduction de 50% par grand vent.
Une sonde de température KTY 10 située au niveau du transducteur effectue une compensation automatique en température.
Un coffret électronique étanche contient l'électronique d'excitation de transducteur et de mesure des signaux reçus et qui assure la correction de mesure de niveau en température.
Le MCN effectue la mesure de la température de l'air ambiant pour corriger la mesure de tirant d'air. La célérité acoustique dans l'air varie et dépend en effet des paramètres suivants :
- pression
- température
- humidité

C : célérité acoustique dans l'air en m/s.
P : pression atmosphérique en hPa
t : température de l'air en °C
U : humidité relative de l'air

Les variations de la pression atmosphérique et de l'humidité relative de l'air ont peu d'effet sur la célérité : les négliger engendre une erreur de mesure sur la hauteur d'eau inférieure à 1 cm pour un transducteur placé à 10 m au-dessus de l'eau (le terme

La température est par contre un paramètre important. Négliger ce paramètre cause une erreur de mesure sur la hauteur de près de 2 cm/ ° C, pour un transducteur placé à 10 m au-dessus du niveau de l'eau.
En raison de la source d'erreur importante que constitue le gradient de température dans le puits (ou tube de tranquillisation), les transducteurs ultrasonores ne sont plus installés que dans les ports à faibles marnages, soit les ports de la Méditerranée.

Les télémètres radar

La veille technologique effectuée au SHOM a conduit à adopter à partir de 1997 les télémètres à émission électromagnétique en lieu et place des télémètres acoustiques dans les ports à fort marnage (plus de 6 mètres en vive-eau moyenne). Ces télémètres cumulent en effet les avantages de pouvoir mesurer les marnages les plus importants grâce à une portée du signal d'environ 30 m et d'être insensibles aux variations de température, de part la nature même du signal.

Deux types de télémètres radar sont utilisés au SHOM : le BM70 et le BM100 de Krohne.
Le premier émet un train d'impulsions électromagnétiques dans l'air alors que le deuxième émet ce même train d'impulsions le long d'un câble spécial, ce qui permet de détecter avec une grande précision l'interface air-mer.
Par ailleurs, le BM70 doit être mis en œuvre dans un tube de tranquillisation en acier inoxydable de diamètre 90 mm, tandis que le capteur BM100 fonctionne de façon nominale dans un puits ou tube de tranquillisation de diamètre supérieur à 300 mm.

Un test de Van de Casteele effectué le 18 avril 2003 sur le site de Penfeld a révélé les très bonnes performances du capteur radar BM70.

La centrale d'acquisition MARELTA

La centrale MARELTA, développée par la société ELTA selon les spécifications de l'EPSHOM, permet de traiter le signal du télémètre.

Le traitement du signal consiste à échantillonner le signal sur 2 minutes et en calculer la moyenne. La valeur moyenne est archivée à une date correspondant au milieu de la période d'intégration comme le montre le schéma ci-dessous :

La période d'archivage est fixée à 10 mn.
La centrale permet également d'émettre des alarmes en cas de dépassement de la mémoire, de dépassement de seuils de hauteurs d'eau, de coupure du secteur.

La récupération des données

Les données stockées dans la centrale d'acquisition sont retransmises régulièrement via le réseau téléphonique, vers un logiciel superviseur installé au SHOM et le cas échéant vers les autorités portuaires intéressées par ces données pour leurs propres usages. Les alarmes générées par la centrale sont immédiatement transmises par le réseau téléphonique de la centrale vers le logiciel superviseur.

Par ailleurs, il est possible de placer en parallèle à la centrale d'acquisition, en sortie du transducteur, un répétiteur d'informations qui permet l'affichage des hauteurs observées en continu et en temps réel ou l'envoi de cette information via un système VHF vers des navires.